Suara — pengambilan sampel dan ukuran file
| English | Bahasa Indonesia |
|---|---|
| analogue data/ˈænəlɒɡ ˈdeɪtə/ | data analog |
| digital data/ˈdɪdʒɪtl ˈdeɪtə/ | data digital |
| sampling/ˈsæmplɪŋ/ | pencuplikan |
| amplitude/ˈæmplɪtjuːd/ | amplitudo |
| sampling rate/ˈsæmplɪŋ reɪt/ | laju sampling |
| sampling resolution/ˈsæmplɪŋ ˌrezəˈluːʃn/ | resolusi sampling |
| quantisation noise/ˌkwɒntaɪˈzeɪʃn nɔɪz/ | noise kuantisasi |
Mengapa telepon membuat suara Anda terdengar tipis
- Panggilan telepon mengambil sampel suara Anda 8,000 kali per detik. CD mengambil sampel suara yang sama 44,100 kali per detik. Suara Anda tidak berubah; telepon hanya membuang segalanya di atas sekitar 3.4 kHz.
- Itulah mengapa panggilan telepon sangat jelas namun terdengar tipis: ucapan berada di bawah 3,4 kHz, tetapi kilau cymbal atau suara keras
stidak. - Pilihan ini bukan karena malas. Ini adalah perhitungan: ambil sampel cukup cepat untuk membawa ucapan, dan tidak lebih cepat, karena setiap sampel tambahan memakan pita lebar pada setiap panggilan di seluruh negara.
- Pelajaran ini menjelaskan bagaimana suara kontinu menjadi angka, dua pengaturan yang mengontrol kualitas dan ukuran, serta perhitungan yang diminta dalam ujian.
Analog dan digital
- Suara di dunia nyata adalah gelombang tekanan kontinu: data analog, yang berubah secara halus dan memiliki nilai tak hingga.
- Komputer menyimpan data digital: angka diskrit. Mengonversi satu ke lainnya disebut pencuplikan (sampling).
- Pencuplikan mengukur amplitudo gelombang, tingginya, pada interval waktu yang teratur, dan menyimpan setiap pengukuran sebagai bilangan biner.
Gelombang halus menjadi barisan angka
Apa yang dilakukan pengambilan sampel?
Penyampelan mengubah gelombang analog berkelanjutan menjadi nilai digital diskrit. Menghapus frekuensi yang tidak terdengar adalah kompresi lossy, sebuah langkah yang berbeda.
Dua pengaturan
- Tingkat pencuplikan adalah jumlah sampel yang diambil per detik, diukur dalam hertz. Kualitas CD adalah 44,1 kHz; telepon menggunakan 8 kHz.
- Resolusi pengambilan sampel (kedalaman bit sampel) adalah jumlah bit yang digunakan untuk menyimpan amplitudo setiap sampel. Kualitas CD adalah 16 bit, memberikan 65,536 kemungkinan tingkat.
- Tingkat mengontrol nada mana yang tersisa; resolusi mengontrol seberapa presisi setiap pengukuran disimpan.
Pengambilan sampel suara
y = a sin(bt + c)
Pengambilan sampel mengukur gelombang suara pada interval teratur — tingkat yang lebih tinggi menyalinnya lebih akurat.
Tingkat penyampelan suara digital adalah:
Tingkat penyampelan = sampel per detik (hertz). Bit per sampel adalah resolusi sampel.
Urutkan langkah-langkah mengubah suara menjadi file digital.
Tingkat menentukan seberapa sering Anda mengukur; resolusi menentukan seberapa halus setiap pengukuran dibulatkan, dan pembulatan inilah sumber kebisingan kuantisasi.
Ukuran file suara
- Mono adalah satu saluran; stereo adalah dua, yang menggandakan ukuran.
- Klip mono 5 detik pada 8 kHz dan 8 bit: $8000 \times 8 \times 5 \times 1 = 320\,000$ bit, yang setara dengan 40,000 byte.
Klip mono berdurasi 5 detik disampel pada $8000\ \text{Hz}$ dengan resolusi 8-bit. Berapa ukurannya dalam bit?
ukuran $= 8000 \times 8 \times 5 \times 1 = 320\,000$ bit.
Ukuran file suara dalam bit = tingkat penyampelan x resolusi penyampelan x durasi x ____.
Mono adalah satu saluran, stereo dua. Melewatkan jumlah saluran akan membagi dua setiap jawaban stereo.
Contoh terpecahkan: trek CD
- Klip stereo 10 detik direkam dengan kualitas CD: 44,1 kHz, 16-bit. Temukan ukurannya dalam MiB.
- $44\,100 \times 16 \times 10 \times 2 = 14\,112\,000$ bit.
- Bagi dengan 8 untuk mendapatkan byte: $1\,764\,000$. Bagi dengan $1024^2$: 1.68 MiB.
- Setiap poin ada dalam cara pengerjaan: empat faktor, satu pembagian oleh 8, dan awalan yang disebutkan. Melupakan dua saluran akan mengurangi jawaban menjadi setengahnya.
Klip stereo berdurasi 10 detik disampel pada 44100 Hz dengan resolusi 16-bit. Berapa banyak bit yang dibutuhkan?
44100 x 16 x 10 x 2 = 14,112,000 bit, sekitar 1.68 MiB. Melewatkan dua saluran akan membagi dua jawabannya.
Rekaman stereo memiliki ukuran dua kali lipat dari rekaman mono yang sama pada tingkat dan resolusi yang sama.
Saluran mengalikan ukuran: dua saluran, dua kali lipat sampel. Jumlah saluran termasuk dalam rumus.
Mengubah pengaturan
- Tingkat pencuplikan lebih tinggi: nada lebih tinggi tertangkap, sehingga suara lebih akurat, tetapi filenya lebih besar.
- Resolusi pencuplikan lebih tinggi: setiap amplitudo disimpan dalam langkah yang lebih halus, sehingga ada kurang noise kuantisasi, kekasaran yang muncul ketika nilai halus dibulatkan ke tingkat terdekat; filenya lebih besar.
- Lebih rendah dari keduanya: file lebih kecil dan hilangnya kualitas yang terdengar. Seperti dengan gambar, jawablah dalam istilah ini, bukan "terdengar buruk".
Meningkatkan tingkat penyampelan akan:
Tingkat penyampelan yang lebih tinggi menangkap frekuensi lebih tinggi (kualitas lebih baik) tetapi meningkatkan ukuran file.
Resolusi sampel yang lebih tinggi (lebih banyak bit per sampel) mengurangi kebisingan kuantisasi.
Lebih banyak bit memberikan langkah amplitudo yang lebih halus, sehingga setiap sampel lebih dekat dengan nilai sebenarnya — kurang kebisingan kuantisasi (tetapi file lebih besar).
Pasangkan setiap perubahan dengan efek utamanya.
Tingkat menentukan nada mana yang bertahan; resolusi menentukan seberapa presisi setiap sampel disimpan.
Contoh terpecahkan: seberapa cepat Anda harus mencuplik?
- Tingkat pencuplikan harus setidaknya dua kali frekuensi tertinggi yang ingin Anda simpan.
- Pendengaran manusia mencapai sekitar 20 kHz. Berapa tingkat minimum untuk menangkapnya? $2 \times 20\,000 = 40\,000$ Hz, itulah sebabnya CD memilih 44,1 kHz, sedikit di atas minimum.
- Telepon mencuplik pada 8 kHz. Berapa frekuensi tertinggi yang dapat dibawanya? Setengah dari 8 kHz, yaitu 4 kHz, dan dalam praktiknya sekitar 3,4 kHz. Ucapan muat; musik tidak.
Untuk menangkap frekuensi hingga $20\,000\ \text{Hz}$, berapa tingkat penyampelan minimum, dalam Hz?
Tingkat penyampelan harus setidaknya dua kali frekuensi tertinggi: $2 \times 20\,000 = 40\,000\ \text{Hz}$.
Telepon menyampel pada 8000 Hz. Berapa frekuensi tertinggi, dalam Hz, yang dapat ditransmisikannya secara teoritis?
Setengah dari tingkat penyampelan, karena tingkat harus setidaknya dua kali frekuensi tertinggi yang dipertahankan. Secara praktis telepon mentransmisikan sekitar 3.4 kHz.
Menyeimbangkan kualitas dengan ukuran
- Ucapan untuk pesan suara: tingkat dan resolusi rendah sudah cukup, dan filenya kecil.
- Musik untuk distribusi: pengaturan CD atau lebih baik, karena pendengar mendengar perbedaannya.
- Streaming langsung: tingkat dan resolusi dipilih agar sesuai dengan pita lebar yang tersedia, lalu kompresi lossy menghilangkan lebih banyak lagi.
- Jawaban "justifikasi" menyebutkan pengaturan, efeknya terhadap kualitas dan efeknya terhadap ukuran, dikaitkan dengan penggunaannya.
⟦⟧ Nilai yang sering terlewat
- Tingkat adalah sampel per detik; resolusi adalah bit per sampel. Soal menyebut salah satu.
- Stereo adalah dua saluran. Melewatkan jumlah saluran dalam rumus akan mengurangi setiap jawaban stereo menjadi setengahnya.
- Tingkat minimum adalah dua kali frekuensi tertinggi yang diinginkan, bukan sama dengannya.
- Kata noise kuantisasi, bukan "terdengar buram". Istilah kurikulum membawa poin.
Anda telah memahaminya
- pencuplikan mengonversi data analog kontinu menjadi data digital dengan mengukur amplitudo pada interval yang teratur
- tingkat pencuplikan = sampel per detik (CD 44,1 kHz), resolusi pencuplikan = bit per sampel (CD 16)
- ukuran dalam bit = tingkat $\times$ resolusi $\times$ durasi $\times$ saluran; stereo menggandakannya
- tingkat atau resolusi lebih tinggi berarti akurasi lebih baik, kurang noise kuantisasi dan file lebih besar; tingkat harus setidaknya dua kali frekuensi tertinggi yang disimpan